Replisom

Replisom je kompleks molekulskog mehanizma koji vrši replikaciju DNK. Replisom prvo odmotava dvolančanu DNK u dva jednostruka lanca. Za svaki od rezultirajućih pojedinačnih lanaca sintetiše se nova komplementarna sekvenca DNK. Ukupni rezultat je formiranje dvije nove dvolančane DNK sekvence koje su tačne kopije originalne dvolančane DNK.

Reprezentacija struktura replisoma tokom replikacije DNK

Što se tiče strukture, replisom se sastoji od dva replikativna polimerazna kompleksa, od kojih jedan sintetizira vodeći lanac, a drugi zaostali lanac. Replisom se sastoji od brojnih proteina, uključujući helikazu, RFC, PCNA, girazu/topoizomerazu, SSB/RPA, primazu, DNK-polimerazu III, RNKazu H i ligazu.

Pregled procesa replikacije prokariotske DNK

Replisom E. coli

Za prokariote, svaka dijeljena nukleoida (regija koja sadrži genetićki materijal koji nije jedro) zahtijeva dva replisoma za dvosmjernu replikaciju. Dva replisoma nastavljaju replikaciju na obje viljuške u sredini ćelije. Konačno, kako se mjesto završetka replicira, dva replisoma se odvajaju od DNK. Replisom ostaje na fiksnoj, središnjoj lokaciji u ćeliji, vezan za membranu, a DNK šablon prolazi kroz nju. DNK se hrani kroz stacionarni par replisoma koji se nalazi na ćelijskoj membrani.

Pregled procesa replikacije eukariotske DNK

Za eukariote, brojne replikacijske vezikule formiraju se na početku replikacije kroz hromosom. Kao i kod prokariota, potrebna su dva replisoma, po jedan na svakoj replikacijskoj vikjuški koja se nalazi na kraju replikacijskog balona. Zbog značajnih razlika u veličini hromosoma i povezane složenosti visoko kondenziranih hromosoma, različiti aspekti procesa replikacije DNK kod eukariota, uključujući terminalne faze, manje su dobro okarakterisani nego za prokariote.

Izazovi replikacije DNK

Replisom je sistem u kojem različiti faktori djeluju zajedno, kako bi riješili strukturne i hemijske izazove replikacije DNK. Veličina i struktura hromosoma varira između organizama, ali budući da su molekule DNK rezervoar genetičke informacije za sve oblike života, mnogi izazovi i rješenja replikacije isti su za različite organizme. Kao rezultat toga, faktori replikacije koji rješavaju ove probleme su visoko konzervirani u smislu strukture, hemije, funkcionalnosti ili sekvence. Opći strukturni i hemijski izazovi uključuju sljedeće:

• Efikasno sklapanje replisoma na početku replikacije (kompleksi za prepoznavanje poćetka ili specifične sekvence porijekla replikacije u nekim organizmima)
• Odvajanje dupleksa na vodeće i zaostale niti šablona (helikaza)
• Zaštita vodećih i zaostalih lanaca od oštećenja nakon dupleksnog odvajanja (SSB i RPA faktori)
• Primiranje vodećih i zaostalih lanaca šablona (primaza ili DNK-polimeraza alfa)
• Osiguravanje procesivnosti (faktori opterećenja stezaljke, proteini prstenastih stezaljki, proteini koji se vezuju za niti)
• Replikacija DNK visoke vjernosti (DNK-polimeraza III, DNK-polimeraza delta, DNK polimeraza epsilon. Svi imaju suštinski niske stope grešaka zbog svoje strukture i hemije.)
• Ispravljanje grešaka (aktivno mjesto replikativne polimeraza prepoznaju greške; 3' do 5' domena egzonukleaza replikacijskih polimeraza ispravljaju greške)
• Sinhronizirana polimerizacija vodećih i zaostalih niti, uprkos antiparalelnoj strukturi (struktura replikacijske viljuške, dimerizacija replikativnih polimeraza)
• Uklanjanje prajmera (DNK-polimeraza I, RNKaza H, klapna endonukleaza kao što je FEN1, ili drugi faktori popravka DNK)
• Formiranje fosfodiesterskih veza u prazninama između Okazaki fragmenta (ligaza)

Općenito, izazovi replikacije DNK uključuju strukturu molekula, hemiju molekula i, iz sistemske perspektive, osnovne odnose između strukture i hemije.

Sklapanje replisoma

Replikacija DNK počinje na mjestima koja se nazivaju ishodište replikacije. U organizmima sa malim genomima i jednostavnom strukturom hromosoma, kao što su bakterije, može postojati samo nekoliko izvora replikacije na svakom hromosomu. Organizmi sa velikim genomima i složenom strukturom hromosoma, kao što su ljudi, mogu imati stotine ili čak hiljade izvora replikacije raširenih na više hromosoma.

Struktura DNK varira u zavisnosti od vremena, prostora i sekvence, a smatra se da ove varijacije, pored svoje uloge u ekspresiji gena, takođe igraju aktivnu ulogu u sastavljanju replisoma tokom sinteze DNK. Sklapanje replisoma na početku replikacije grubo je podijeljeno u tri faze.

Za bakterije

• Formiranje kompleksa pre replikacije. A-DNK se vezuje za kompleks za prepoznavanje početka i odvaja dupleks. Ovo privlači B-DNK-helikazu i C-DNK, koji održavaju replikacijski balon.
• Formiranje kompleksa pre inicijacije: SSB se vezuje za jedan lanac, a zatim se gama (faktor opterećenja stezaljke) vezuje za SSB.
• Formiranje inicijacionog kompleksa. Gama taloži kliznu stezaljku (beta) i privlači DNK polimerazu III.

Za eukariote

• Formiranje kompleksa prije replikacije: Faktori MCM se vezuju za kompleks za prepoznavanje početka i razdvajaju dupleks, formirajući replikacijski mjehur.
• Formiranje kompleksa prije inicijacije: replikacijski proteina (RPA) vezuje se za jednolančanu DNK, a zatim se RFC (faktor punjenja stezalki) vezuje za RPA.
• Formiranje inicijacionog kompleksa. RFC taloži kliznu stezaljku (PCNA) i privlači DNK-polimeraze kao što su alfa (α), delta (δ), epsilon (ε).

I za bakterije i za eukariote, sljedeća faza se općenito naziva 'elongacijom', i tokom ove faze se događa većina sinteze DNK.

Dopunska literatura

• Pomerantz RT, O'Donnell M (april 2007). "Replisome mechanics: insights into a twin DNA polymerase machine". Trends Microbiol. 15 (4): 156–64. doi:10.1016/j.tim.2007.02.007. PMID 17350265.

Vanjski linkovi

• DNA replisome na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)